一种基于ARM架构的低成本继电保护教学实验平台的制作方法

本发明涉及一种电力系统继电保护半实物仿真实验教学领域。利用仿真平台可以真实、高效的模拟线路运行状态和继电保护动作情况，使使用者掌握继电保护原理，同时也减小了实验安全隐患。

背景技术：

随着教学改革的推进，传统继保实验的实验台只能进行单一操作实验，无法充分调动发挥学生学习的主观能动性，已不能满足课程发展对实验的要求。目前存在的主要问题：(1)传统继保实验设备大多是按照实际输电线路比例缩小的物理实物模型，操作固定，直观易用，但是操作单一，无法提供一个培养学生动手能力和创新能力的平台；(2)物理设备昂贵，投资大，占地多；(3)学生实物操作具有一定的危险性，容易发生人身安全事故；(4)传统继保实验平台线路结构无法拓展，输电参数也不可更改，只能进行单一实验，不便于扩充各种保护实验。

技术实现要素：

为克服传统教学中使用实际物理继保设备存在的各项问题，本发明将半实物仿真技术应用电力系统继电保护实验中。弥补了传统实验的不足，不仅可以直观生动的展示教学内容，而且可以提供一个让学生主动动手学习的平台，学生可在该平台上实现数据采集和保护动作算法，达到知其然也知其所以然的目的，可有效提高其专业水平。

本发明解决的上述问题的装置包括：

1.嵌入式仿真装置：是平台的核心技术部分。它以arm技术来支持输电线路模型的搭建，核心cpu高速运算电力系统输电线路运行参数，模拟不同故障类型的输电线路状态，并实时输出故障电流电压等信号。

2.实际继保设备，通过特定通讯方式连接嵌入式装置，完成对输电线路的数据监测并在采集到故障信号后作出相应保护动作指令反馈给模拟输电线路，完成整个系统的闭环控制。(该部分更可以使用plc代替实际继电保护装置，学生在plc上通过编程达到对线路的相关控制需求)。

3.上位机，所搭建的上位机界面不但可以展示继电保护实验时线路的状态，还能直观继保设备中继电器的动作，使学生能系统地了解整个实验过程，实现了教学的可视化功能。

本发明提供来的一种基于arm架构的低成本继电保护教学实验平台具有以下优点：

1.嵌入式仿真装置采用线路互阻抗的配网线路统一状态方程模型，适用不同类别故障，不但可以模拟非对称运行和非对称短路的影响，而且可全面反映系统在故障后的各位置反应。

2.可编程控制器(实际继保装置或plc)+虚拟线路模型构成了一个硬件在环(hil)仿真系统，是一种半实物仿真。

3.对于可编程控制器，可使用plc代替实际继电保护装置，学生可通过在plc编程达到对线路的相关控制需求，使学生更能从原理上了解继电保护原理。

4.基于arm嵌入式系统的半实物装置设计与开发，保证在低成本下，实现在200微秒以内完成实时仿真计算、并同步完成数据采集与信号发出。

5.与传统的物理模型实验台相比，高度仿真电力系统输电线路，且更为安全可靠，操作步骤更为完整规范，可节省很大的一笔实验教学的费用。

附图说明

图1为本发明基于arm架构的低成本继电保护教学实验平台结构示意框图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例做进一步地详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本继电保护教学实验平台装置的结构如图1所示，模块一为可编程控制器(实际继保装置或plc)，模块二嵌入式仿真装置和模块三上位机通过通讯协议依次连接，构成了一个硬件在环仿真系统。在模块一中，技术人员可通过可编程控制器(实际继保装置或plc)设置继电保护动作条件，控制仿真输电线路动作；在模块二中，电力线路模型在嵌入式装置中正常运行；在模块三中，实验人员可通过上位机的在线仿真观察到配电网输电线路的运行状况。

技术特征：

技术总结
一种基于ARM架构的低成本继电保护教学实验平台。本发明将虚拟仿真技术引入继电保护教学实验中，用虚拟配电网输电线路，可编程控制器(实际继保装置或PLC)和上位机连成一个整体，是以嵌入式仿真装置运行虚拟配电网输电线路来模拟受控对象的运行状态，通过I/O口与可编程控制器连接，通过通信协议与上位机连接，进行高效的硬件在环虚拟仿真。其中可编程控制器可设置继电保护动作条件、采集嵌入式装置的线路电流(电压)以控制仿真输电线路动作；嵌入式装置运行电力线路模型；上位机的在线仿真可观察到配电网输电线路运行状况。本发明弥补了传统实验教学的不足，学生可以选择使用PLC代替实际继电保护装置进行编程，使学生从原理上了解继电保护的相关知识，从而提高学生的专业水平。

技术研发人员：陈众;张特能;刘星
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：2019.01.16
技术公布日：2019.03.19